Бета амилоид что это
Бета-амилоид – компонент врожденного иммунитета?
В статье «The Alzheimer’s Disease-Associated Amyloid β-Protein Is an Antimicrobial Peptide», опубликованной в журнале PLoS One от 3 марта, исследователи, работающие под руководством Роберта Моира (Robert D. Moir) из Центральной больницы штата Массачусетс, описывают полученные ими доказательства антимикробных свойств бета-амилоида. Судя по всему, этот белок является компонентом врожденного иммунитета, обеспечивающим защиту организма от широкого спектра патогенов.
Врожденный иммунитет является первой линией защиты организма от проникающих в него патогенов. Запуск механизмов врожденного иммунного ответа обеспечивает быструю мобилизацию лейкоцитов и химических факторов, таких как цитокины и антимикробные пептиды, на борьбу с бактериями, вирусами, грибками и даже опухолевыми клетками. Антитела и другие компоненты приобретенного иммунного ответа практически не проникают в окруженные гематоэнцефалическим барьером ткани головного мозга, поэтому защита центральной нервной системы от инфекций преимущественно является задачей антимикробных пептидов.
Бета-амилоид токсичен для нейронов и его накопление, приводящее к появлению характерных бляшек в тканях мозга пациентов с болезнью Альцгеймера, считается причиной развивающихся при этом заболевании симптомов нейродегенерации. Этот протеин является продуктом ферментативного расщепления более крупных молекул белка-предшественника, при котором образуется несколько типов молекул бета-амилоида. Наиболее распространенные из них – бета-амилоид-40 и бета-амилоид-42 – особенно склонны к формированию токсичных бляшек. Известно, что бета-амилоид стимулирует воспалительные процессы, а его биологическая активность до сих пор считалась исключительно патогенной. Однако авторы получили доказательства того, что на самом деле бета-амилоид обладает антимикробными свойствами и может играть важную роль в защите головного мозга от инфекций.
Для изучения антимикробной активности бета-амилоида, ассоциированного с болезнью Альцгеймера, исследователи протестировали способность посмертных образцов гомогенизированной ткани мозга пациентов с болезнью Альцгеймера и контрольных индивидуумов такого же возраста подавлять рост дрожжеподобного грибка Candida albicans в культуре. Наибольшая концентрация бета-амилоидных бляшек, как правило, наблюдается в лобных долях головного мозга, и образцы этих участков мозга пациентов с болезнью Альцгеймера в значительной степени подавляли рост грибков, чего не наблюдалось в культурах, в которые вносили контрольные образцы ткани. При этом степень микробицидности образцов была прямо пропорциональна количеству содержащегося в них бета-амилоида, а внесение в культуру антител к бета-амилоиду возобновляло рост возбудителей. Результаты второго эксперимента, при проведении которого использовались образцы ткани мозжечка, для которого характерно наиболее низкое содержание бета-амилоида, как в экспериментальной, так и в контрольной постановках продемонстрировали отсутствие антимикробной активности.
Авторы предполагают, что продолжительная активация механизмов врожденного иммунитета в результате хронической или перенесенной инфекции центральной нервной системы может приводить к избыточной продукции и накоплению бета-амилоида. Известные факторы риска развития болезни Альцгеймера, такие как инсульт, черепно-мозговые травмы и воздействие определенных анестетиков, также могут запускать механизмы врожденного иммунного ответа и стимулировать продукцию бета-амилоида.
Тогда как редкая мутация, непосредственно вызывающая развитие наследственной формы болезни Альцгеймера, стимулирует синтез бета-амилоида-42, несколько недавно идентифицированных генов, предположительно играющих роль в патогенезе заболевания, участвуют в формировании врожденного иммунитета. В настоящее время исследователи проверяют гипотезу, согласно которой комплекс генетических факторов может повышать вероятность развития болезни Альцгеймера посредством активации механизмов врожденного иммунитета и, соответственно, стимуляции синтеза бета-амилоида.
Авторы считают, что идентификация патогенов, наиболее склонных к запуску синтеза бета-амилоида, позволит разработать методы профилактики и подавления этого механизма, например, посредством иммунизации.
Единственная бессонная ночь увеличила количество бета-амилоида в мозге
Пульсация спинномозговой жидкости в мозге человека
Nevit Dilmen / Wikimedia Commons
Исследователи в очередной раз подтвердили связь недосыпания и болезни Альцгеймера. Как утверждается в статье в Proceedings of the National Academy of Sciences, даже единственная бессонная ночь приводит к увеличению количества бета-амилоида — белка, который формирует бляшки в мозге больных.
Накопление бета-амилоида в мозге связывают с патогенезом болезни Альцгеймера — тяжелого нейродегенеративного заболевания, которое является причиной возрастной деменции в 60-70 процентах случаев. Предположительно, бета-амилоид (Aβ) накапливается в тканевой жидкости мозга в результате естественной жизнедеятельности клеток и входит в состав «метаболических отходов» мозга. За удаление отходов в центральной нервной системе отвечает так называемая глимфатическая система, которая обеспечивает обмен между тканевой жидкостью мозга и спинномозговой жидкостью. Известно, что этот обмен осуществляется за счет пульсации артерий и происходит преимущественно во время ночного сна.
Согласно описанному механизму, недостаток сна должен быть напрямую связан с накоплением в мозге «метаболических отходов», включая бета-амилоид. Экспериментально это было подтверждено на грызунах и дрозофилах с моделью болезни Альцгеймера. В нескольких работах также была показана связь между бессонницей и повышением количества бета-амилоида в тканевой жидкости мозга у здоровых людей, и связь между хроническим недосыпанием и деменцией у пожилых людей.
В новой работе сотрудники лаборатории нейровизуализации Национальных институтов здоровья США показали, что даже единственная бессонная ночь приводит к значимому увеличению концентрации бета-амилоида в мозге. Исследование включало 20 здоровых добровольцев в возрасте от 22 до 72 лет. При помощи позитронно-эмиссионной томографии у них измерили количество бета-амилоида в мозге после ночи полноценного сна (базовый уровень), а также после бессонной ночи. Измерение проводилось с использованием радиофармацевтического препарата флорбетабена, содержащего нестабильный изотоп фтора. Этот препарат связывается как с амилоидными бляшками в мозге, так и с растворимыми формами амилоида, и применяется в диагностике болезни Альцгеймера.
После бессонной ночи у 19 из 20 добровольцев количество детектируемого амилоида по сравнению с базовым уровнем значимо оказалось выше в правой подкорковой зоне мозга, включающей в себя гиппокамп. Этот отдел мозга отвечает за память и больше всего страдает при накоплении амилоидных бляшек в патогенезе болезни Альцгеймера.
Накопление изотопа в правом подкорковом кластере после бессонной ночи по сравнению с базовым уровнем. Зеленым цветом отмечен гиппокамп
Бета амилоид что это
Неожиданные результаты, полученные Исследовательским институтом Скриппса (Scripps Research Institute) и ModGene, LLC, могут полностью поменять представления ученых о болезни Альцгеймера – одном из самых распространенных нейродегенеративных заболеваний человека – указывая на печень вместо мозга как на источник амилоидных пептидов, откладывающихся в виде мозговых бляшек при этом разрушительном заболевании. Это открытие предлагает относительно простой подход к лечению и профилактике болезни Альцгеймера.
Чтобы определить гены, оказывающие влияние на количество накапливающегося в мозге амилоидного белка, ученые использовали модель болезни Альцгеймера, воспроизведенную на мышах. Они установили три гена, защищающие от отложения и накопления амилоида в мозге животных. Мозг мышей защищало снижение экспрессии каждого из этих генов в клетках печени. Один из них кодирует пресенилин (presenilin) – клеточный мембранный белок, который, как считается, вносит вклад в развитие болезни Альцгеймера.
В поисках решения загадки болезни Альцгеймера Сатклифф и его сотрудники в последние несколько лет сосредоточили свое внимание на естественно существующих различиях в предрасположенности к неврологическим заболеваниям у различных линий мышей, создав обширную базу данных по активности генов в различных тканях. Эти данные дают карты экспрессии признаков, которые могут быть наложены на карты генов-модификаторов заболевания.
Как и в случае почти всех научных открытий, исследование Сатклиффа основывается на более ранних данных. Несколько лет назад ученые Западного резервного университета Кейза (Case Western Reserve) картировали три гена, модифицирующие накопление патологического бета-амилоида в мозге трансгенных мышей с моделью болезни Альцгеймера, в больших участках хромосом, каждый из которых содержит сотни генов. Использовав кроссы линий мышей В6 и D2, они изучили более 500 их потомков.
Основываясь на результатах этого исследования, Сатклифф применил свои базы данных генной экспрессии к мышиной модели болезни Альцгеймера, ища различия в экспрессии генов, которые коррелировали с различиями в предрасположенности к развитию заболевания, в линиях В6 и D2. Эта интенсивная работа включала в себя создание компьютерных программ, которые идентифицировали каждое генетическое отличие геномов В6 и D2, и проведение математического анализа их корреляции (известного как регрессионный анализ). Корреляции проводились между генотипическими различиями (В6 и D2) и количеством матричной РНК, вырабатываемой на основе более чем 25000 генов в определенной ткани у 40 рекомбинантных инбредных линий мышей. Эти корреляции были рассчитаны для 10 видов тканей, одной из которых была печень.
Охота на гены выявила хороших кандидатов на роль каждого из трех генов-модификаторов, открытых учеными из Case Western, и один из этих кандидатов – ген мыши, соответствующий гену человека, одна из вариаций которого предрасполагает к раннему началу болезни Альцгеймера – представлял для ученых особый интерес.
Это открытие позволило предположить, что значительные концентрации бета-амилоида могут брать свое начало в печени, циркулировать в крови и попадать в мозг. Если это верно, блокирование выработки бета-амилоида в печени может защитить мозг.
Мышам вводили иматиниб (imatinib) (коммерческое название Гливек (Gleevec), утвержденный FDA противораковый препарат), относительно новое лекарственное средство, одобренное в настоящее время для лечения хронической миелоидной лейкемии и опухолей желудочно-кишечного тракта. Препарат резко снижает синтез бета-амилоида в клетках нейробластомы, трансфицированных белком-предшественником амилоида (amyloid precursor protein, APP), а также в бесклеточных экстрактах, полученных из трансфицированных клеток. Важно отметить, что Гливек плохо проникает через гематоэнцефалический барьер как у мышей, так и у человека.
Мышам вводили Гливек дважды в день в течение семи дней. Затем были забраны плазма и мозговая ткань и измерено количество бета-амилоида в крови и мозге. Результат: препарат резко сократил количество бета-амилоида не только в крови, но и в мозге, куда он не мог проникнуть. Таким образом, значительная часть амилоида мозга должна была быть синтезирована вне его, и иматиниб является кандидатом на роль препарата для профилактики и лечения болезни Альцгеймера.
Что касается будущего этого исследования, Сатклифф надеется найти партнера и инвесторов для проведения клинических испытаний и разработки новых препаратов.
Исследование опубликовано он-лайн в журнале The Journal of Neuroscience Research
Новый анализ крови может выявить доклиническую стадию болезни Альцгеймера
Материалы и методы
Результаты были представлены на 14-й конференции клинических испытаний болезни Альцгеймера (CTAD). Белок P53, который присутствует как в головном мозге, так и в других частях тела, «является одной из наиболее целевых мишеней» для разработки лекарств от рака и других состояний. Текущий анализ крови определяет производное P53 (U-p53AZ). Предыдущие исследования предполагают, что это производное, которое влияет на амилоид и окислительный стресс, также участвует в патогенезе БА.
Исследователи использовали образцы крови пациентов в возрасте 60 лет и старше из исследования Australia Imaging, Biomarkers and Lifestyles (AIBL), у которых были определены разные уровни когнитивной функции. Ученые проанализировали образцы в нескольких временных точках в течение 10-летнего периода, поэтому известно, когда маркер наиболее точен при прогнозировании когнитивного спада.
Первое из 2х исследований было признано «открытием» и включало образцы крови 224 пациентов.
Во втором «проверочном» исследовании ученые изучили образцы из другой группы, включавшей 482 пациента.
Проверочный тест показал, что AUC более 90%, PPV более 90% и «очень высокая» NPV. Тест «очень специфичен» именно для БА, а не для других видов деменции. Тест не контролирует уровни бета-амилоида или тау-белка, которые накапливаются на более поздней стадии БА.
Выявление пациентов, у которых развивается БА за годы до того, как у них появятся симптомы и отложения амилоида и тау-белка, дает им время для принятия медицинских решений.
Эти пациенты могут также попробовать лечение на более ранней стадии заболевания, когда эти методы лечения, скорее всего, будут более полезны.
Кроме того, использование теста может ускорить одобрение предполагаемых лекарственных препаратов для лечения БА.
В настоящее время фармацевтические компании включают тысячи пациентов в клинические исследования, «и они не имеют представления, у кого из них точно разовьется БА».
Дальнейшие результаты, которые будут включать данные биобанков о более чем 1000 пациентов в США и Европе, должны быть получены к концу этого года. Хотя тест предсказывает, будет ли человек прогрессировать в контексте БА, тест не предсказывает, когда именно человек начнет «прогрессировать».
Ранние исследования показывают, что новый анализ крови, который определяет вариант белка P53, по-видимому, позволяет прогнозировать прогрессирование болезни Альцгеймера (БА) на 6 лет раньше постановки клинического диагноза.
Анализ 2х исследований показал, что тест (AlzoSure Predict), в котором используется менее 1 мл крови, имел множество преимуществ по сравнению с другими анализами крови, отслеживающими патологию БА.
Возможно, β-амилоид болезни Альцгеймера — часть врождённого иммунитета
Если предположение исследователей верно, то амилоидный белок Aβ приобретает очень драматичный ореол: будучи предназначен для защиты нервных клеток от инфекции, при определённых условиях он сам становится хуже любой заразы.
Автор
Редакторы
Болезнь Альцгеймера — основную форму старческого слабоумия — связывают с небольшим белком Aβ (β-амилоидом), нерастворимые отложения которого в нервной ткани оказывают разрушительный эффект на высшую нервную деятельность. β-Амилоид образуется вследствие ферментативного расщепления гликопротеина APP, в норме всегда присутствующего в мембранах нейронов и других клеток. Нормальная физиологическая роль ни этого белка, ни его метаболита Aβ до недавнего времени была неизвестна. Исследователи из Массачусетского госпиталя нашли возможную функцию белка Aβ в норме. Обнаружено, что синтетические аналоги Aβ и препараты височной доли мозговой ткани альцгеймеровских больных обладают мощной антимикробной активностью, а животные с нарушенным синтезом Aβ страдают сниженным иммунитетом. Всё это позволяет предположить, что белок Aβ — часть системы врождённого иммунитета в нервной системе человека.
Рисунок 1. Августа Д., пациентка Алоиса Альцгеймера (в честь которого БА получила своё название), 1901 г.
Болезнь Альцгеймера (БА) считается бичом развитых стран, поскольку с увеличением продолжительности жизни вероятность развития этого вида старческой деменции возрастает многократно. Хотя механизм развития заболевания в общих чертах установлен, эффективного лечения, способного противостоять деградации нервной ткани и вследствие этого деградации самой личности больного, пока не существует. Амилоидная гипотеза, объясняющая причины возникновения БА, говорит, что первым этапом развития заболевания является повышенная продукция амилоидного белка Aβ (или β-амилоида), в определённых условиях (прежде всего, в высокой концентрации) претерпевающего конформационную перестройку: в его структуре начинают преобладать β-тяжи (кстати, отсюда и пошло название). «Перерождённый» Aβ, подобно прионам, образует нитевидные амилоидные агрегаты — нерастворимые жёсткие фибриллы больших размеров, обладающие токсическим действием и в прямом смысле разрушающие мозг. Кроме того, амилоидная форма Aβ конвертирует «нормальный» растворимый белок в токсичную конформацию.
Кстати, амилоидная форма Aβ становится токсичной ещё до полимеризации в фибриллы: токсический эффект появляется на стадии сферических агрегатов, построенных уже из «вредных» белковых молекул с повышенным содержанием β-структур [1]. Между прочим, недавно обнаружена прямая связь концентрации белкá Aβ в спинномозговой жидкости с циркадным ритмом и недосыпанием, которое может быть одним из факторов развития болезни Альцгеймера [2].
β-Амилоид образуется в результате протеолитического расщепления предшественника — мембранного гликопротеида APP (также обозначают ПБА — предшественник β-амилоида). В процессе участвуют два фермента — β- и γ-секретазы, — которые «выщепляют» β-амилоид (белок длиной 40 или 42 аминокислотных остатка) из состава предшественника и секретируют его во внеклеточную область. До недавнего времени нормальная физиологическая роль β-амилоида была неизвестна, и его можно было воспринимать как горький молекулярный курьёз, часто приводящий собственный организм к такому тяжёлому последствию, как болезнь Альцгеймера.
Американские исследователи из Массачусетского госпиталя, похоже, наконец-то установили нормальную функцию Aβ: скорее всего, он имеет отношение к врождённому иммунитету [3]. «Многие годы считалось, что β-амилоид — не более чем молекулярный мусор, весьма не безвредный, впрочем. Наши результаты говорят, что этот белок — нормальный компонент системы врождённого иммунитета мозга, — говорит Рудольф Танзи (Rudolph Tanzi), один из авторов работы. — В частности, факторы, „включающие“ врождённый иммунитет — не только инфекция, но и травма или инсульт, — способствуют развитию болезни Альцгеймера и отложению Aβ в мозгу» [4].
Рисунок 2. Интеллектуальная активность, в том числе увлечение игрой в шахматы, и регулярное общение коррелируют со сниженным риском развития болезни Альцгеймера, по данным эпидемиологических исследований, однако причинно-следственная связь пока не доказана
Этому открытию предшествовало наблюдение, что Aβ во многом напоминает антимикробные пептиды (АМП) [5], являющиеся основой врождённого иммунитета большинства многоклеточных организмов, — в частности, пептид LL-37 человека, относящийся к группе кателицидинов. Кроме них, у человека есть ещё две группы АМП, участвующих в формировании врождённого антибактериального иммунитета, — дефензины и гистатины. От антител (лежащих в основе приобретённого, или специфического, иммунитета) их отличает то, что они могут действовать в нервной ткани и в мозгу, куда антитела «не добираются», и защищают человека от, например, менингита и нейрокандидоза. Ещё одна мишень действия этих пептидов — это вирусы и даже раковые клетки.
Схожесть некоторых физико-химических и биологических свойств β-амилоида и пептида LL-37 подтолкнула учёных изучить антимикробную активность Aβ, которой никто ранее не занимался. Результаты превзошли ожидания: синтетические аналоги Aβ40 и Aβ42 ингибировали развитие восьми из 15 исследованных микроорганизмов с активностью, равной или даже превышающей активность LL-37. Среди микроорганизмов, ингибируемых амилоидом, — грибок Candida albicans, кишечная палочка E. coli, три разновидности стафилококка, внутриклеточная паразитическая бактерия листерия и другие.
Чтобы удостовериться в том, что токсичность для бактерий не является следствием реактивов белковой химии, которые могли остаться после очистки белкóв, в следующем эксперименте изучили способность препарата ткани височной доли мозга (а именно там сильнее всего депонируется амилоид) ингибировать рост грибка Candida; в качестве контроля использовали препараты ткани не болевших пациентов того же возраста, а также образцы из других участков мозга, в которых не наблюдается существенных отложений Aβ. (Поскольку исследование проводилось в крупной больнице, недостатка в материале для исследования — мозговой ткани умерших пациентов — не было.) Эксперимент полностью подтвердил гипотезу, и, более того, антитела к β-амилоиду возвращали грибок «к жизни», подтверждая, что это именно белок Aβ ингибировал рост микроорганизмов.
Кроме того, оказалось, что трансгенные мыши с инактивированным геном одной из секретаз, генерирующих белок Aβ, сильнее подвержены влиянию различных патогенов; то же самое можно сказать и про людей, в ходе клинических испытаний получавших препарат, снижающий уровень Aβ42. Кстати, уменьшение концентрации хорошо изученного АМП LL-37 тоже увеличивает заболеваемость, но и чрезмерно высокая его доза не хороша, потому что приводит к отложению бляшек, подобных атеросклеротическим. Склонность к образованию фибрилл, подобных амилоидным, есть и у других АМП: хорошо известный антимикробный белок лактоферрин образует нерастворимые агрегаты при желатинозной дистрофии роговицы.
Изучение действия β-амилоада на бактерии показало, что он связывается с мембранами микроорганизмов, несмотря на то, что, по сравнению с подавляющим большинством АМП, имеет отрицательный, а не положительный заряд, — то есть, одного знака с мембранами бактерий. Возможно, эта на первый взгляд невыгодная организация необходима для преодоления специальных защитных систем бактерий, нейтрализующих катионные (положительно заряженные) пептиды. Ещё одним тяжело объяснимым качеством Aβ является его токсичность по отношению к собственным клеткам, что и приводит в ряде случаев к серьёзным расстройствам. Одно из возможных объяснений этому — что β-амилоид является также «оружием» против раковых клеток своего организма, но, даже если это и так, никаких подробностей процесса пока не известно, так же как и не известно толком, что вызывает повышение его продукции при БА.
Рисунок 3. Чарлтон Хестон и Рональд Рейган на встрече в Белом Доме, 1981 год. Оба к концу жизни заболели болезнью Альцгеймера.
«Необходимо выяснить, что же запускает врождённый иммунитет, к которому принадлежит альцгеймеровский пептид, в пожилом возрасте, и какие гены управляют этими процессами, — говорит Роберт Муар (Robert Moir), другой руководитель исследования. — Если удастся это установить, мы сможем разработать варианты предотвращения этой ненужной активации или даже научиться управлять ей» [4].